UJI PERFORMANSI MESIN OTTO EFI SATU SILINDER BERBAHAN BAKAR CAMPURAN PREMIUM DAN METANOL DENGAN MENGGUNAKAN SUPERCHARGER LISTRIK Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik YANRI HILARIUS B NIM : 090401028 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014 1
Abstrak Berbagai macam peningkatan efisiensi untuk motor bakar sudah dilakukan, tetapi belum semua pengembangan dilakukan pada motor bakar berkapasitas kecil seperti pada sepeda motor padahal penggunaan sepeda motor sudah sangat banyak lebih banyak dibandingkan jumlah truk, bis ataupun mobil pribadi. Sebuah supercharger memampatkan asupan udara untuk tekanan atmosfer di atas yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke mesin. Supercharger elektrik biayanya lebih murah dibandingkan dengan versi mekanis atau yang diputar oleh mesin (drive belt). Pemasangannya dinilai lebih mudah karena tidak banyak lagi modifikasi. Pada penelitian ini dilakukan 4 pengujian yaitu uji performansi, pemakaian bahan bakar spesifik, emisi gas buang dan uji nilai kalor bahan bakar. Dari hasil pengujian didapat bahwa penggunaan blower sebagai supercharger elektrik dapat meningkat, peningkatan rata-rata pada torsi sebesar 0,686 Nm, daya sebesar 0,5631 kw, efisiensi thermal 12%, efesiensi volumetrik 26%, AFR sebesar 2,7 dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata sebesar 222.97 gr/kwh. Kata kunci : Mesin Otto EFI,Blower sebagai Supercharger Elektrik, Performansi Mesin Otto 2
Abstract There are many development for engine efficiency that had been done, but not every development is done for little capacity engine for example motorcycle engine althought the used of motorcycle engine is much more than truck, bus or conventional car. A supercharger used air at atmosphere pressure to increase the density of air that enters the combustion chamber. Electric supercharger have less cost tahn the mechanical version that rotated by drive belt from the engine rotation. The application is also easier because do not have to do many modification. In this study there are 4 test that is performance test, Spesific fuel consumption test, emision test, and fuel heating value test. From the test and study the result is the use of electric blower as a supercharger can be increase. the average increase in torque of 0,686 Nm, powe of 0,563, brake therman efficiencyof 12%,volumetricefficiency of26% and lower the spesific consumption of fue average of 222,97gr/kwh. Keywords: Otto engine, blower as Electric Supercharger, performance of otto engine 3
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu Analisa Unjuk Kerja Mesin Otto EFI Satu Silinder Berbahan Bakar Campuran Premium Metanol Dengan Menggunakan Supercharger Listrik Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Bapak Ir. Abdul Halim Nasution, Msc yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda E.Tampubolon dan Ibunda N.br Silaban, yang telah memberikan dukungan doa, dana dan semangat serta memberikan kesempatan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Fakultas Teknik USU. 2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin. 4. Bapak Dr. Eng Himsar Ambarita ST. MT dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT sebagai dosen Pembanding saya yang membantu saya dalam menyempurnakan skripsi ini. 5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 4
6. Bengkel Toyota AUTO 2000 Jln. SM. Raja yang telah memberi kesempatan melakukan pengujian. 7. Saudaraku yang tercinta, Yovit Ferdinand Orlando Tampubolon, Yuni Arli Estela Yose Tampubolon, Yevina Edaralind Tesalonika Tampubolon dan sepupuku tercinta Putri Meilani Sari, Agnes Ketrin Larasati untuk doa-doa, dana semangat dan dukungan dalam menyelesaikan skripsi ini. 8. Teman-teman seperjuangan saya dalam mengerjakan skripsi ini Josia dan Sido yang selalu bersama dalam berbagai keadaan suka maupun duka. 9. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2009 juga temanteman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis 10. Teman-teman Tim Horas USU yang sama-sama berjuang dalam pengerjaan mobil mesin USU. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang. Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih. Medan, Januari 2014 Penulis Yanri Hilarius B Nim. 090401028 5
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xi BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Pengujian... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Manfaat Pengujian... 4 1.5 Metodologi Penulisan... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Supercharger... 6 2.2 Supercharger Elektrik... 7 2.3 Metanol... 8 2.4 Premium... 10 6
2.5 Campuran Premium-Metanol... 11 2.6 Motor Bensin... 12 2.6.1 Motor Bensi Empat langkah... 13 2.6.2 Performansi Mesin Otto... 15 2.7 Nilai kalor bahan Bakar... 19 2.8 Sistem bahan bakr Injeksi... 20 2.8.1 Perkembangan Sistem bahan Bakar Injeksi... 20 2.8.2 Prinsip kerja Injeksi... 21 2.8.3 Dasar Sistem EFI... 22 2.9 Emisi Gas Buang... 22 2.9.1 Komposisi Kimia... 22 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat... 26 3.2 Alat Dan Bahan... 28 3.2.1 Alat... 28 3.2.2 Bahan... 36 3.3 Metode Pengumpulan Data... 37 3.4 Metode Pengolahan Data... 38 3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian... 38 3.6 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Otto... 38 3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang... 41 3.8 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 44 7
3.9 Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar... 45 BAB 4 HASIL DAN ANALISA PEMBAHANSAN 4.1 Pengujian Performansi Mesin Otto... 48 4.1.1 Torsi... 48 4.1.2 Daya... 59 4.1.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... 66 4.1.4 Efisiensi Thermal Brake... 75 4.1.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)... 83 4.1.6 Efisiensi Volumetris... 102 4.2 Pengujian Emisi Gas Buang... 106 4.2.1 Emisi Gas Buang sebelum menggunakan Blower... 106 4.2.2 Emisi Gas Buang setelah menggunakan Blower... 107 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 112 5.2 Saran... 113 DAFTAR PUSTAKA... xii LAMPIRAN 8
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Supercharger... 7 Gambar 2.2 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah... 13 Gambar 2.3 Diagaram P-V Dan Siklus Otto... 13 Gambar 3.1 Pengujian emisi gas buang kendaraan... 26 Gambar 3.2 Pengujian Torsi Mesin... 26 Gambar 3.3 Pengujian pemakaian bahan bakar... 27 Gambar 3.4 Bom Kalorimeter... 27 Gambar 3.5 Sepeda Motor Honda SupraX125 PGMFI... 28 Gambar 3.6 Blower... 29 Gambar 3.7 Alat ukur emisi gas buang kendaraan... 30 Gambar 3.8 HiDS HD-30... 31 Gambar 3.9 Tools... 32 Gambar 3.10 Buret... 33 Gambar 3.11 Stop Watch... 33 Gambar 3.12 Tabung bertekanan dengan regulator... 34 Gambar 3.13 Timbangan Digital... 34 Gambar 3.14 Timbangan Pegas... 35 Gambar 3.15 Pipa Besi... 35 Gambar 3.16 Pengatur bukaan throttle... 36 Gambar 3.17 Premium... 36 9
Gambar 3.18 Etanol 96%... 37 Gambar 3.19 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin... 41 Gambar 3.20 Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang... 43 Gambar 3.21 Diagram alir prosedur pengujian pemakaian bahan bakar... 47 Gambar 4.1 Grafik Torsi Vs Putaran Pada saat tidak menggunakanblower elektrik... 53 Gambar 4.2 Grafik Torsi Vs Putaran Pada saat menggunakan Bolwer Elektrik... 58 Gambar 4.3 Perbandingan Grafik Torsi Vs Putaran... 58 Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran pada saat tidak menggunakan Blower elektrik... 62 Gambar 4.5 Grafik Daya vs Putaran pada saa tidak menggunakan blower elektrik... 65 Gambar 4.6 Perbandingan Grafik Daya vs Putaran sebelum dan sesudah menggunakan supercharger... 65 Gambar 4.7 Grafik Sfc vs Putaran pada saat tidak menggunakan Blower Elektrik... 70 Gambar 4.8 Grafik Sfc vs Putaran Pada saat menggunakan menggunakan blower elktrik... 73 Gambar 4.9 Perbandingan Grafik Sfc vs Putaran... 74 Gambar 4.10 Grafik η b Vs Putaran pada saat tidak menggunakan blower elektrik... 78 Gambar 4.11 Grafik η b Vs Putaran pada saat menggunakan blower elektrik... 81 Gambar 4.12 Perbandingan Grafik η b Vs Putaran... 82 10
Gambar 4.13 Grafik AFR Vs Putaran pada sat tidak menggunakan blower Elektik... 91 Gambar 4.14 Grafik AFR Vs Putaran Pada saat mengunakan blower elektrik 99 Gambar 4.15 Grafik AFR vs putaran... 100 Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Evesiensi volumetris vs putaran... 105 11
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 RON campuran bensin-metanol... 17 Tabel 2.2 Persamaan AFR dan Lambda... 19 Tabel 4.1 Peningkatan Torsi... 59 Tabel 4.2 Peningkatan Daya Motor... 66 Tabel 4.3 Hasil pengujian mf bahan bakar sebelum menggunakan blower elektrik... 67 Tabel 4.4 Hasil pengujian mf bahan bakar saat menggunakan blower elektrik... 70 Tabel 4.5 Perubahan Nilai pemakaian bahan bakar spesifik... 74 Tabel 4.6 Peningkatan efisiensi thermal brake... 82 Tabel 4.7 Emisi Bahan Bakar sebelum menggunakanblower elektrik... 106 Tabel 4.8 Emisi Bahan Bakar saat menggunakan blower elektrik... 107 12
DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan P Daya Watt n Putaran rpm T Torsi N.m Sfc Konsumsi Bahan Bakar Spesifik g/wjam Laju Aliran Bahan Bakar Kg/jam HHV Nilai Kalor Kj/Kg η b AFR η v Efisiensi Thermal Brake Air fuel Rasio Evesiensi Volumetri t Waktu Detik F Gaya Newton Θ Sudut gaya 0 r Jarak poros dengan titik gaya m 13